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ltegtpu协议
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lte,gtpu协议
篇一:
lte培训材料-7lte接口协议分析
一、lte接口概述
——lte系统总体架构
eps通过ip连接是用户通过公共数据网(pdn)接入互联网,以及提供诸如Voip等业务。
一个eps承载通常具有一定的qos。
一个用户可建立多个eps承载,从而具有不同的qos等级或连接到不同的pdn。
通过几个承担不同角色的eps网元可以实现用户的安全性和私密性保护。
整体网络架构如图所示,其包括网元和标准化的接口。
在高层,该网络是由核心网(epc)和接入网(e-utRan)组成的。
核心网由许多逻辑节点组成,而接入网基本上只有一个节点,即与用户终端(ue)相连的enodeb。
所有网元都通过接口相互连接。
通过对接口的标准化可满足众多供应商产品间的互操作性,从而使运营商可以从不同的供应商获取不同的网元产品。
事实上,运营商可以根据商业考虑在他们的物理实现上选择对逻辑网元进行分裂或合并。
——epc和e-utRan间的功能分布如图所示。
下面对epc和e-utRan的网元进行详细描述
——enodeb实现的功能
——mme实现的功能
——s-gw实现的功能
——p-gw实现的功能
——e-utRan地面接口通用协议模型
e-utRan接口的通用协议模型如图所示,适用于e-utRan相关的所有接口,即s1和x2接口。
e-utRan接口的通用协议模型继承了umts系统中utRan接口的定义原则,即控制平面与用户平面相分离,无线网络层与传输层相分离。
除了能够保持控制平面和用户平面、无线网络层与传输层技术的独立演进之外,由于具有良好的继承性,这种定义方法带来的另一个好处是能够减少lte系统接口标准化工作的代价。
——控制面协议栈结构
——用户面协议栈结构
二、空中接口协议栈分析
无线接口是指终端和接入网之间的接口,简称uu接口,通常我们也称之为空中接口。
无线接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。
lte技术中,无线接口是终端和enodeb之间的接口。
无线接口是一个完全开放的接口,只要遵守接口的规范,不同制造商生产的设备就能够互相通信。
无线接口协议栈主要分三层两面,三层包括物理层、数据链路层和网络层,两面是指控制平面和用户平面。
数据链路层被分成3个子层,包括媒体接入控制(mac,mediumaccesscontrol)、无线链
路控制(Rlc,Radiolinkcontrol)和分组数据汇聚协议(pdcp,packetdataconveragenceprotocol)3个子层。
数据链路层同时位于控制平面和用户平面:
在控制平面负责无线承载信令的传输、加密和完整性保护;在用户平面负责用户业务数据的传输和加密。
网络层是指无线资源控制(RRc,RadioResourcecontrol)层,位于接入网的控制平面、负责完成接入网和终端之间交互的所有信令处理。
——无线空中接口协议架构
e-umts无线接口协议栈结构水平方向可分为:
nas控制协议
l3层:
无线资源控制(RRc)层
l2层
媒体接入控制(mac)子层
无线链路控制(Rlc)子层
分组数据集中协议(pdcp)子层
l1层:
物理层、传输信道、传输信道与物理信道的映射
——无线空中接口协议架构
无线接口协议栈垂直方向根据用途分为:
用户平面协议栈
控制平面协议栈
——无线空中接口协议架构-物理层
——物理层主要功能
物理层位于无线接口协议栈最底层,提供物理介质中比特流传输所需要的所有功能
传输信道的错误检测,并向高层提供指示
传输信道的纠错编码/译码、物理信道调制与解调
haRq软合并
编码的传输信道向物理信道的映射
物理信道功率加权
频率与时间同步
无线特征测量,并向高层提供指示
mimo天线处理、传输分集、波束赋形
射频处理
——lte物理层资源定义
——物理层处理-bit处理
——物理层处理-符号处理
——下行物理信道
——下行物理信号
——下行物理资源分配实例
——上行物理信道
——上行物理信号
——传输层到物理层的映射
——无线空中接口协议架构-mac
——mac功能
主要实现与调度和haRq相关的功能.
与wcdma相比,lte的mac实体的特点:
每个小区只存在一个mac实体,负责实现mac相关的全部功能。
逻辑信道与传输信道的映射:
与wcdma相比,lte中的逻辑信道与传输信道类型都大大减少,映射关系变得比较简单
——逻辑信道功能
mac层根据传输的信息类型划分了多种逻辑信道类型,并针对不同的数据类型,提供不同传输服务。
一般逻辑信道分为两大(lte,gtpu协议)类,即控制信道(负责传输控制平面信息)和业务信道(负责传输用户平面信息)
广播控制信道bcch:
广播系统控制信息
寻呼控制信道pcch:
寻呼信息,网络不知道ue位置时使用
公共控制信道ccch:
ue与网络间传输控制信息,当ue没有和网络的RRc连接时使用该信道多播控制信道mcch:
从网络到ue的mbms调度和控制信息传输使用的点到多点下行信道专用控制信道dcch:
专用控制信息的点到点双向信道,ue有RRc连接时使用
专用业务信道dtch:
双向p2p信道,专用于一个ue传输用户信息
多播业务信道mtch:
点到多点下行信道
——逻辑信道及映射-下行
lte的映射交umts系统有了很大的简化,上行的逻辑信道传输全部映射在上行共享传输信道上传输;下行的逻辑信道传输中,除pcch和mbms逻辑信道有专用的pch和mch传输信道外,其他逻辑信道全部都映射到下行共享信道上(bcch一部分在bch上传输),具体映射如下
——逻辑信道及映射-上行
——无线空中接口协议架构Rlc
——Rlc层
——Rlc层功能
——Rlc层模式
确认模式(am,acknowledgementmode)
非确认模式(um,un-acknowledgementmode)
透明模式(tm,transparentmode)
——tm模式
——um模式
——am模式
——lteRlc特点
um模式与tm模式承载的信道较少,功能实现简单
am模式支持Rlcsdu动态分段,现有2g/3g系统只支持固定分段
am模式支持二次分段,现有2g/3g系统不支持
lte的Rlc不再支持加密功能
lteRlc支持流量控制功能
——Rlcpdu结构
——无线空中接口协议架构-pdcp
——pdcp实体
一个ue可以定义多个pdcp实体
每个pdcp实体承载一个Rb(Radiobearer)的数据
每个pdcp实体与一个或两个Rlc实体关联,取决于Rb特征(单向或双向)
一个pdcp实体与控制面还是用户面关联,取决于承载数据的Rb特性
sRb(signalingRadiobearer信令无线承载)->pdcpcontrolpdu
dRb(dataRadiobearer数据无线承载)->pdcpdatapdu
——pdcp子层
pdcp子层用于用户平面的功能包括:
1)支持压缩解压缩功能,包括Rohc算法;
2)在pdcp重建立过程中,支持确认Rlc模式下逻辑信道向高层进行按需递交,及对底层sdu数据的重复检测;
3)切换过程中,支持对确认Rlc模式的逻辑信道的pdcpsdu的重传;
4)加密和解密
5)业务面数据的传输
6)上行基于定时器的sdu丢弃基址
pdcp子层用于控制平面的功能包括:
1)加密和完整性保护;
2)控制平面数据的传输
——ltepdcp特点
不支持无损重定位
支持加密,wcdma加密在Rlc和mac(tm模式时)实现
不再需要无损下行Rlcpdu大小的改变
——pdcp结构
pdcppdu和pdcp头为整数个字节
pdcp头长度为一个字节或两个字节
——无线空中接口协议架构-RRc
——RRc业务及功能
RRc协议模块功能包括:
系统信息广播(nas层相关和as层相关)、寻呼、RRc连接建立/维护/释放、安全功能秘钥管理、无线承载管理、
——移动性管理(包括ue测量上报和控制、切换、ue小区选择和重选、切换时候上下文传输)、mbms服务通知、mbms服务承载管理、qos管理、ue测量报告和控制、nas直传消息传输。
——RRc协议状态和状态变换
在lte中,RRc的协议状态从原来utRan的5个减少为lte的2个,即RRc_idle和RRc_connected状态,每个状态的特征如下:
RRc_idle:
plmn选择
nas对dRx的配置
系统消息广播
寻呼
enodeb中没有RRc上下文存储
——
RRc_connected
ue有e-utRan-RRc连接
ue在e-utRan中有上下文信息
e-utRan知道ue属于哪一个小区
网络可以传送或接收到达或来自ue的消息
移动性网络控制(切换,inter-Rat小区变更geRan和nacc)
——e-utRan状态及interRat移动性过程
——无线空中接口协议架构-nas层
——nas控制协议
nas消息的传输
如果传输块大小允许,初始消息和RRc连接请求链接在一起
当nas和RRc过程同步时,其他nas消息可以与RRc消息链接
nas消息的完整性保护由RRc完成
nas消息的加密由pdcp完成
篇二:
tdd-lte协议栈-下篇-空口协议
tdd-lte协议栈-下篇-空口协议协议栈-下篇
下篇:
1无线侧接口协议
2.核心网侧接口协议
一、无线侧接口协议
1.1s1接口
1.2s1
篇三:
lte基础知识整理
q:
什么是lte
a:
lte(longtermevolution)是3gpp主导的无线通信技术的演进。
接入网将演进为e-utRan(evolvedumtsterrestrialRadioaccessnetwork)。
连同核心网的系统架构将演进为sae(systemarchitectureevolution)。
lte优势:
三高,两低,一平
高峰值速率:
下行100mbps,上行50mbps高频谱效率:
3g的3~5倍
高移动性350km/h3g为120km/h
低时延控制面:
down100ms,用户面:
down30ms,最低可达5ms切换时延:
down300ms低成本:
son自组织网络,支持多频段灵活配置网络扁平化
q:
lte关键技术有哪些?
a:
关键技术:
调制的用途:
把需要传递的信息送到射频信道;提高控制接口数据业务能力。
高阶调制的优点:
64qam,比td的16qam速率提升50%;缺点:
对信号质量(信噪比)有影响。
amc原理:
好的信道条件-减少冗余编码,或不需要冗余编码;坏的信道条件-增加冗余编码。
Fastscheduling-快速调度算法:
基本原则:
短期内,以信道条件为主,长期内,应兼顾到对所有用户的吞吐量和公平性。
常用调度算法:
轮询算法:
Roundrobin-RR;最大载干比算法:
maxc/i;正比公平算法:
proportionalFair-pF。
mimo的工作模式:
复用模式:
不同天线发射不同的数据,可以直接增加容量:
2×2mimo方式容量提高1倍
分集模式:
不同天线发射相同的数据,在弱信号条件下提高用户的速率;使用高阶调解方式。
haRq:
分为aRq+Fec在am模式下通过mac层完成
当前一次尝试传输失败时,就要求重传数据分组,这样的传输机制就称之为aRq(自动请求重传)。
在无线传输环境下,信道噪声和由于移动性带来的衰落以及其他用户带来的干扰使得信道传输质量很差,所以应该对数据分组加以保护来抑制各种干扰。
这种保护主要是采用前向纠错编码(Fec),在分组中传输额外的比特。
然而,过多的前向纠错编码会使传输效率变低。
因此,一种混合方案haRq,即aRq和Fec相结合的方案被提出了。
q:
lte的设计目标是什么?
a:
设计目标如下:
1带宽灵活配置:
支持1.4mhz,3mhz,5mhz,10mhz,15mhz,20mhz;2峰值速率(20mhz带宽):
下行100mbps,上行50mbps;3控制面延时小于100ms,用户面延时小于5ms;
4能为时速大于350km/h的用户提供100kbps的接入服务;6x$sn7w$`.c5支持增强型mbms(e-mbms);
6取消cs域:
cs业务在ps域实现,如Voip;7系统结构简单化,低成本建网。
q:
lte支持什么双工方式和频段?
a:
根据lteR8协议,支持Fdd和tdd两种双工方式,支持频段包括2.1ghz、1.9ghz、1.7ghz、2.6ghz、900mhz、800mhz、450mhz等等(详细请参考协议36.101),多种宽带配置:
1.4mhz、3mhz、5mhz、10mhz、15mhz、20mhz。
q:
什么是oFdm
a:
oFdm(orthogonalFrequencydivisionmultiplexing)属于调制复用技术,它把系统带宽分成多个相互正交的子载波,在多个子载波上并行数据传输。
各个子载波的正交性是由基带iFFt(inverseFastFouriertransformation快速傅里叶反变换)实现的。
由于子载波带宽较小(15khz),多径时延将导致isi(inter-symbolinterference符号间干扰),破坏子载波之间的正交性,为此在oFdm符号间插入保护间隔,通常采用循环前缀cp(cyclicprefix)来实现。
oFdm的优点:
1、频谱配置方式灵活,能使用1.4mhz~20mhz的带宽范围配置,由于oFdm子载波间正交复用,不需要保护带,频率利用率高;
2、合理配置cp,能有效克服无线环境中多径干扰引起的isi,保证小区内用户的相互正交,改善小区边缘的覆盖;
3、支持频率维度的链路自适应和调度,对抗信道的频率选择性衰落,获得多用户分集增益,提高系统性能;
4、子载波带宽在10khz的数量级,每个子载波经历的是频谱的平坦衰落,使得接收机的均衡容易实现;
5、oFdm容易和mimo技术相结合。
oFdm的缺点:
1、对时域和频域的同步要求高,子载波间隔小,系统对频率偏移敏感,收发两端晶振的不
一致也会引起ici(inter-carrierinterference载频间干扰),频率估计不精确会导致信号检测性能下降;
2、移动场景中多普勒频移引起的频偏同样会导致ici,需要设置合理的频率同步参数;3、oFdm的papR(peak-to-averagepowerRatio峰均功率比)高,对功放的线性度和动态范围要求很高。
这也是上行采用sc-Fdma(single-carrierFrequencydivisionmultipleaccess单载波Fdma)的原因,大部分欧美设备商对oFdm的上行峰平比papR(将影响手持终端的功放成本和电池寿命)有顾虑,坚持采用具有较低的papR的sc-Fdma。
q:
lte的终端能力等级分为几种?
a:
3gppR8(36.301)定义了5类不同能力的终端,其中cat5支持4流,cat2-cat4可支持双流,具体峰值能力如下:
q:
lte的主要网元有哪些?
a:
lte的主要网元有:
1、接入网e-utRan(evolvedumtsterrestrialRadioaccessnetwork)由e-nodeb组成,提供用户面和控制面。
接入网扁平化、ip化,去掉Rnc的物理实体,功能实体分解到基站和核心网元。
e-nodeb的主要功能包括:
无线资源管理功能,即实现无线承载控制、无线徐可控制、连接移动性控制,在上下行链路上完成ue上的动态资源分配(调度);用户数据流的ip报头压缩和加密;ue附着状态时mme的选择;
实现s-gw用户面数据的路由选择;
执行由mme发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输;完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告。
2、核心网epc(evolvedpacketcore)由mme(mobilitymanagemententity),s-gw(servinggateway)和p-gw(pdngateway)组成,用户面和控制面分离,原有sgsn实体分解为mme(控制面实体)和gateway(用户面实体)。
mme的主要功能包括:
nas(non-accessstratum)非接入层信令的加密和完整性保护;as(accessstratum)接入层安全性控制、空闲状态移动性控制;eps(evolvedpacketsystem)承载控制;支持寻呼、切换、漫游、鉴权。
s-gw的主要功能包括:
分组数据路由及转发;移动性及切换支持;合法监听;计费。
p-gw的主要功能包括:
分组数据过滤;ue的ip地址分配;上下行计费及限速。
与传统3g网络相比,lte的网络结构更加简单扁平,因此可以降低组网成本,增加组网灵活性,并能大大减少用户数据和控制信令的时延。
q:
lte的网络接口有哪些?
a:
lte的网络接口有:
1、x2:
e-nodeb之间通过x2接口连接,支持数据和信令的直接传输;
2、s1:
e-nodeb和epc之间通过s1接口连接,其中s1-mme是e-nodeb连接mme的控制面接口,s1-u是e-nodeb连接s-gw的用户面接口。
lte几种协议的介绍:
s1ap协议的主要功能:
1、ue上下文的管理:
包括ue上下文的建立(initialcontextsetup)、修改(uecontext
modification)和释放(uecontextRelease)。
2、承载管理:
包括承载的建立(e-Rabsetup)、修改(e-Rabmodify)和释放(e-Rab
Release)。
3、切换(handover)过程:
包括用户在不同的enodeb间或不同3gpp技术间移动时的
s1接口的切换功能。
4、nas信令传输过程:
对应于ue和mme间的信令传输,对基站来说这种信令的传输
是透明的,因此ue和mme间的信令也被称为nas信令。
5、寻呼(paging)过程:
当移动用户做被叫用户时。
x2接口协议的功能:
x2接口是enodeb间的协议,x2协议栈(控制面和用户面)x2用户平面接口
x2用户平面接口(x2-u接口)主要是用于在enodeb间传输用户数据。
这个接口只在终端从一个enodeb移动到另一个enodeb时使用,来实现数据的转发。
x2用户平面使用gtp-u协议。
x2控制平面接口
x2控制平面接口(x2-c接口)支持enodeb间的信令,与用户移动有关,目的是在enodeb间传递用户上下文信息。
另外x2接口支持负载指示,该过程的主要目的是向相邻的enodeb发送负载状态指示信令,支持负载平衡管理或是最优化切换门限和切换判决。
enodeb间的信令传递要求可靠的传输,因此x2-c接口在ip层上使用sctp来保证可靠性。
gtp协议
gtp(gpRstunnellingprotocol)的基本功能是提供网络节点之间的隧道的建立。
gtp分为gtp-c和gtp-u,分别对应于gtp控制平面和gtp用户平面。
gtp-c主要用于核心网承载的建立维护以及核心网节点之间的其他信息交互gtp-u主要用来为每个承载在核心网节点之间传输用户数据。
gtp协议版本:
gtp-c使用gtpv2;gtp-u使用gtpv1.
gtpv2隧道管理消息分为:
会话控制和承载控制。
会话控制消息:
会话控制消息用户对pdn连接进行操作,即会话建立和会话释放。
1、创建会话请求(createsessionRequest)和创建会话响应(createsessionResponse):
用于在目标节点创建gtp会话。
应用场合有两种,分别为初始建立pdn连接的场景和移动性过程的场景。
初始建立pdn连接即ue附着过程及ue发起的pdn连接建立过程;而移动性过程则为伴随sgw该百年的Rau、Rau或切换过程等。
2、删除会话请求(deletesessionRequest)和删除会话响应(deletesessionResponse)
用于删除目标节点的gtp会话。
应用场合分为两种,分别为pdn连接的删除场景和ue移动性场景。
pdn连接删除场景包括注销过程(detach)和pdn连接释放过程;而移动性过程也伴随sgw改变的Rau、Rau或切换过程等。
pdn连接建立过程中会话消息是建立一个默认承载的操作;而移动性过程和pdn释放过程中的会话消息是对绘画中的所有承载进行操作的。
承载控制消息:
当会话建立起来之后,只要不是释放会话,对会话中的承载进行创建、删除和修改都是通过承载控制消息进行的。
承载控制消息可以是处理一个承载,也可以是处理多个承载。
1、创建承载请求(createbearerRequest)和创建承载响应(creartbearerResponse):
创建承载请求及响应消息用于专用承载的建立。
由于默认承载是在创建一个pdn连接(即一个gtp会话)时建立的,并在这个pdn连接期间一直保持,createbearerRequest消息只用于专用承载建立。
2、修改承载请求(modifybearerRequest)和修改承载响应(modifybearerResponse):
修改承载可以修改某个或某些承载tFt和qos等信息。
3、删除承载请求(deletebearerRequest)和删除承载响应(deletebearerResponse):
删除承载消息用户专用承载的删除,并不用户删除默认承载。
承载控制消息除了对承载进行管理之外,也可以对ue的会话属性进行修改,如修改控制平面隧道teid和ip地址和释放ue的ip地址等。
q:
lte中的son是什么?
a:
son(selforganizationnetwork)是自组织网络的缩写,是由下一代移动网ngmn(nextgenerationmobilenetwork)运营商发起的要求lte实现的功能,主要集中在Fcapsi(Fault,configuration,alarm,performance,security,inventory)的管理:
自规划(self-planning)自配置(self-deployment)自优化(self-optimization)自维护(self-maintenance)
son的优势在于:
运营商可以减少规划、优化、维护的成本,降低opex;设备商可以促进性能特性、工具等的销售,降低交付后网络优化的成本;低附加值和低技术含量的工作将减少。
q:
lte的协议栈有哪些内容?
a:
lte的协议栈有两个面:
用户面协议栈:
负责用户数据传输控制面协议栈:
负责系统信令传输其中用户面的主要功能有:
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- ltegtpu 协议